JP2003255320A

JP2003255320A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003255320A
Application number: JP2002052568A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okishiro; 賢次沖代; Hitotsugu Oaku; 仁嗣大阿久; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Katsumi Kondo; 克己近藤; Masatoshi Shiiki; 正敏椎木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】各カラーフィルタでは可視光のうち約１／３の
光しか透過しない。それ以外の約２／３はフィルタによ
り消費され光として活用されておらず、光利用効率が非
常に低い。従って、光利用効率を向上し、かつ高精細，
高コントラストな液晶表示装置を得ることが課題であ
る。【解決手段】カラーフィルタ中にそのカラーフィルタと
同系色の光を発光する蛍光体を分散し、蛍光管より発せ
られた紫外光及び青色光により励起発光する。そして、
この蛍光体カラーフィルタを液晶層に対して偏光板より
外側に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、軽量，薄型，低消費電
力といった特徴を生かし、時計や携帯電話などの小型表
示装置から、ノート型パソコンモニタ、さらにはＣＲＴ
（Cathode Ray Tube）に替わるデスクトップ型パソコン
用モニタとして市場を拡大し、その用途は多岐にわた
る。従来、これら液晶表示装置では主に静止画像が表示
され、特に高コントラスト化や高精細化が要求されてき
た。さらに最近では、静止画像の表示だけに留まらず、
テレビやＤＶＤ再生対応モニタなどへの用途拡大もなさ
れつつあり、動画像に対応できる液晶表示装置の開発が
進められている。これに伴ない、液晶表示装置には、低
消費電力化はもちろんのこと、従来の高コントラスト
化，高精細化に加え、特に高輝度化という特性が要求さ
れている。またテレビ用途などに向けて、３０インチ以
上の大型液晶表示装置の開発も求められている。

【０００３】従来の液晶表示装置の断面構成概略を図１
に示す。光源には３波長蛍光管１が用いられ、ここより
出射された光は導光板３及びその背面に配置された反射
板２により液晶層側に導かれる。そして、第１の偏光板
４Ａを透過し、第１のガラス基板５，液晶層６を透過す
る。

【０００４】液晶層の両端には配向膜と呼ばれる高分子
薄膜（図では省略）が配置され、液晶分子を配列させる
ために配向処理が施されている。表示は、この配列され
た液晶分子の配向方向を変化させ、それにより生じる液
晶層の光学特性の変化により行われる。配向方向の変化
は、通常ガラス基板上に各画素毎に形成された画素電極
と対向電極（電極群は図では省略）の間に生じる電界に
より制御する。なお、画素電極及び対向電極間の電位差
は、各画素毎に形成されるＴＦＴ（Thin FilmTransisto
r）などのスイッチング素子により制御する。

【０００５】液晶層を透過した光は、３色ＲＧＢカラー
フィルタ８に入射する。画素に対応して、カラーフィル
タにはそれぞれ赤色フィルタ８Ａ，緑色フィルタ８Ｂ，
青色フィルタ８Ｃが配置され、各フィルタの境界には光
を遮光するためのブラックマトリクス７が配置されてい
る。各フィルタはエポキシ樹脂やアクリル樹脂にその色
に応じた顔料が分散されたものであり、各フィルタに応
じた波長の光のみを透過し、それ以外の光を吸収あるい
は反射する。例えば、緑色フィルタは５００ｎｍから６
００ｎｍ程度の光のみ透過し、それ以外の波長の光を吸
収し、熱エネルギーとして消費する。そして、カラーフ
ィルタを透過した光は、第２のガラス基板９，第２の偏
光板４Ｂを透過し、観測者側に出射される。

【０００６】これら各フィルタから透過したＲＧＢ３色
の光の強度を、液晶の配向状態を制御することにより変
化させ、ほぼすべての色を創出しカラー画像を表示す
る。

【０００７】しかしながら、従来の構成では各カラーフ
ィルタでは可視光４００ｎｍから７００ｎｍのうち、約
１／３の領域の光しか透過せず、それ以外の約２／３は
フィルタにより消費され光として活用されない。すなわ
ち各フィルタでの透過率は原理的に３０％程度が限界で
ある。

【０００８】現在のカラーフィルタを用いた透過型の液
晶表示装置では、透過率が３％から４％程度であり、上
述したように特にカラーフィルタの透過率が光の利用効
率を大きく低下させる要因の一つになっている。そし
て、光の利用効率が低いために、例えば、液晶テレビや
ＤＶＤ再生対応モニタなど高輝度を必要とする透過型液
晶表示装置では強光量の蛍光管を必要とし、液晶表示装
置としての消費電力の増大を引き起こす。

【０００９】このような課題を解決するための一つの手
段が、特開平１０−２０１０９号公報に開示されてい
る。この発明ではカラーフィルタ中にそれと同系色の蛍
光物質を混入させた光着色膜を、白色光源により発光さ
せる手段を用いるものであり、低消費電力でありながら
光利用効率の高い液晶表示装置を実現できる可能性があ
る。しかしながら、例えば液晶テレビのような、今後の
液晶表示装置の展開を考えれば、さらなる高輝度化、す
なわち光利用効率の向上が必要であり、また、同時に高
精細，高コントラストを達成する必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従
来、各カラーフィルタでは可視光４００ｎｍから７００
ｎｍの光のうち、約１／３の領域の光しか透過せず、そ
れ以外の約２／３はフィルタにより消費され光として活
用されていない。すなわち可視光領域の約１／３しか利
用しておらず、光利用効率が非常に低い。これを改善す
るための手段が上記特開平１０−２０１０９号公報に提
案されているが、この構成では高輝度化とともに高精細
化，高コントラスト化を同時に達成することは困難であ
る。例えば、特開平１０−２０１０９号公報の第３の実
施例や第４の実施例に示された構成では高輝度化は期待
できるが、蛍光体を含む光着色層が２つの偏光板の内側
に配置されているために高コントラストは期待できな
い。理由は以下のことによる。

【００１１】液晶表示装置では偏光板からの直線偏光を
液晶層により制御し、液晶層を透過した偏光光の一部を
対向の偏光板より出射することにより画像表示を行って
いる。従って、上記開示されている実施例のように蛍光
体層が２つの偏光板の内側に配置された場合には、蛍光
体から発せられる散乱光が偏光光を乱してしまうため、
特に黒表示で問題となる。画像として黒色を表示してい
るにも関わらず、蛍光体からの散乱光が偏光板を透過
し、光が観測者側に漏れ出てしまう。すなわち、コント
ラスト低下の原因となる。

【００１２】また、通常液晶表示装置に用いられるガラ
ス基板の厚みは０.７mm もしくはそれ以上であり、この
ような厚みのガラス基板を上記構成に使用した場合に
は、光着色層と液晶層との距離が大きいために、本来入
射すべき画素と隣接する画素に入射してしまうことによ
る光クロストーク（混色）を生じる。このことは色再現
性の低下や、コントラスト低下の原因となり、結果とし
て表示装置としての高精細化を困難にしている。例えば
上記開示手段の実施例１や実施例２などの構成におい
て、通常用いられる厚さが０.７mm 以上のガラス基板で
は、光クロストークを生じない精細度の限界はおよそ２
０ppi 程度である。液晶テレビとして、４０インチのＷ
ＸＧＡを考えた場合、精細度として３５ppi 程度必要で
あり、また、３０インチのＷＸＧＡでは、５０ppi 程
度、さらにＨＤ（High Definition）−ＴＶを考えた場
合、少なくとも７０ppi 以上必要である。上記公報での
構成においては、光クロストークなしに、このような精
細度を達成することはできない。

【００１３】今後の液晶テレビやＤＶＤ再生対応モニタ
などを考えると、さらなる高輝度化と同時に、高精細
化，高コントラスト化が課題である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、低消費
電力でありながら、高輝度、かつ高精細，高コントラス
トを同時に達成できる表示性能に優れた液晶表示装置を
提供することにある。この目的を達成するために以下の
手段を用いる。（１）対向する一対の基板と、該一対の基板間に挟持さ
れた液晶の層と、該液晶の層を挟持する一対の基板の外
側に配置された偏光板と、カラーフィルタと、光源とか
らなり、画素毎に前記液晶の配向方向を制御して表示を
行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは、前
記偏光板より外側に配置され、かつ、各画素に対応する
部分毎に蛍光体を含んで構成されたものであることを特
徴とする。（２）各画素に対応する部分毎に含まれる前記蛍光体
は、各画素毎において、前記カラーフィルタを透過可能
な波長領域内の波長を有する光を発光することを特徴と
する。（３）前記カラーフィルタは、各画素に対応する部分毎
に、１種の蛍光体のみを含んで構成されることを特徴と
する。（４）前記カラーフィルタは、各画素に対応する部分毎
に、１種の蛍光体のみを含んで構成され、該蛍光体は、
４００ｎｍ未満の光により励起発光し、かつ、４００ｎ
ｍ以上の光によっても励起発光することを特徴とする。（５）前記カラーフィルタは、各画素に対応する部分毎
に、組成の異なる少なくとも２種類以上の蛍光体を含ん
で構成されることを特徴とする。（６）前記カラーフィルタは、各画素に対応する部分毎
に、励起波長の異なる少なくとも２種類以上の蛍光体を
含んで構成されることを特徴とする。（７）前記蛍光体は、３価のユーロピウムイオンを含む
ことを特徴とする。（８）前記蛍光体は、２価のユーロピウムイオンを含む
ことを特徴とする。（９）前記蛍光体は、２価のマンガンイオンを含むこと
を特徴とする。（１０）前記蛍光体は、３価のテルビウムイオンを含む
ことを特徴とする。（１１）前記蛍光体は、硫化亜鉛を含むことを特徴とす
る。（１２）前記液晶層を挟持する一対の基板のうち、カラ
ーフィルタが配置される側の基板は、もう一方の基板よ
り薄いことを特徴とする。（１３）前記液晶層を挟持する一対の基板のうち、カラ
ーフィルタが配置される側の基板は、厚みが画素短辺方
向幅の√２倍以下の薄板基板であることを特徴とする。（１４）前記液晶層を挟持する一対の基板のうち、カラ
ーフィルタが配置される側の基板は、厚みが０.５mm 以
下の薄板基板であることを特徴とする。（１５）前記薄板基板は、一対の超薄板ガラスと、該超
薄板ガラスに挟持された光透過可能な光透過性樹脂層と
から成ることを特徴とする。（１６）前記超薄板ガラス基板は、厚みが前記薄板基板
の厚みの半分未満であることを特徴とする。（１７）前記超薄板ガラス基板は、厚みが０.２mm 以下
であることを特徴とする。（１８）前記光透過性の樹脂層は、光学部材であること
を特徴とする。（１９）前記光透過性の樹脂層は、偏光機能を有するこ
とを特徴とする。（２０）前記蛍光体を含むカラーフィルタは、前記液晶
層を挟持する前記一対の基板を挟んで、前記光源と逆の
側に配置されていることを特徴とする。（２１）前記蛍光体を含むカラーフィルタは、前記液晶
層と前記光源との間に配置されていることを特徴とす
る。（２２）前記一対の基板は、対向する面にそれぞれ電極
群を具備することを特徴とする。（２３）前記電極群は、画素内に形成される液晶を駆動
するための画素電極と共通電極が、それぞれ異なる基板
上に形成される構成を有することを特徴とする。（２４）前記一対の基板のうち、一方の基板にのみ電極
群が形成されていることを特徴とする。（２５）前記一対の基板のうち、一方の基板にのみ電極
群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成される基
板側に配置されることを特徴とする。（２６）前記一対の基板のうち、一方の基板にのみ電極
群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成されない
基板側に配置されることを特徴とする。（２７）前記電極群は、液晶を駆動するための櫛歯形状
の共通電極及び画素電極が、画素内でそれぞれが勘合す
るよう構成されていることを特徴とする。（２８）前記電極群は、画素内に形成される液晶を駆動
するための共通電極及び画素電極の一方がベタ板状に形
成され、もう一方の電極が櫛歯状に形成され、かつ、該
櫛歯状電極が該ベタ板状電極上に絶縁膜を介して重畳す
る構成を有することを特徴とする。（２９）前記画素電極及び共通電極のうち、少なくとも
一方の電極は、透明導電膜で形成されていることを特徴
とする。（３０）前記光源は、１フレーム期間内に間欠的に点灯
することを特徴とする。（３１）前記蛍光体は、残光時間が前記光源の残光時間
以下であることを特徴とする。（３２）前記光源は、観測光強度Ｉ′と、光源から出射
される赤色光強度Ｉ_R ，緑色光強度Ｉ_G ，青色光強度Ｉ
_B ，紫外光強度Ｉ_UVと、偏光板，液晶層，カラーフィル
タでの赤色光透過率α_R ，緑色光透過率α_G ，青色光透
過率α_B ，紫外光透過率α_UVと、蛍光体発光効率βとが
（式１）を満たし、かつ、（式１）において、最も大き
い係数を有する光の強度が大きく、最も小さい係数を有
する光の強度が小さい構成であることを特徴とする。

【００１５】

【数１】Ｉ′＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋３α_UVβＩ_UV …（式１）（３３）前記光源は、観測光強度Ｉ′と、光源から出射
される赤色光強度Ｉ_R，緑色光強度Ｉ_G ，青色光強度Ｉ_B
，紫外光強度Ｉ_UVと、偏光板，液晶層，カラーフィル
タでの赤色光透過率α_R ，緑色光透過率α_G ，青色光透
過率α_B ，紫外光透過率α_UVと、蛍光体発光効率βとが
（式２）を満たし、かつ、（式２）において、最も大き
い係数を有する光の強度が大きく、最も小さい係数を有
する光の強度が小さい構成であることを特徴とする。

【００１６】

【数２】Ｉ′＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋（α_R＋α_G＋α_B）βＩ_UV …（式２）

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明では、対向する一対の基板
と、その一対の基板間に挟持された液晶の層と、その液
晶の層を挟持する一対の基板の外側に配置された偏光板
と、カラーフィルタと、光源とからなり、画素毎に前記
液晶の配向方向を制御して表示を行う液晶表示装置にお
いて、上記カラーフィルタは、偏光板より外側に配置さ
れ、かつ、各画素に対応する部分毎に蛍光体を含んで構
成される。

【００１８】そして、各画素に対応する部分毎に含まれ
る蛍光体は、各画素において、上記カラーフィルタを透
過可能な波長領域内に発光波長を有する。すなわち、カ
ラーフィルタを透過する光の色と同系色の色を発光する
蛍光体をカラーフィルタ中に混ぜ込む。

【００１９】上記構成では、各カラーフィルタの各画
素に対応するフィルタ中に、そのフィルタと同系色の光
を発光する蛍光体材料を含む蛍光体カラーフィルタを利
用すること、そして、その蛍光体カラーフィルタを液
晶層に対して偏光板の反対側、すなわち偏光板の外側に
配置すること、が特徴である。まず、蛍光体カラーフィ
ルタの利用について説明し、その後、液晶表示装置にお
ける蛍光体カラーフィルタの配置について述べる。

【００２０】まずは、蛍光体カラーフィルタの利用につ
いて述べる。

【００２１】図１７に一般の液晶表示装置の光源に用い
られる蛍光管の発光スペクトルを示した。横軸は波長で
あり、縦軸は各波長における相対強度である。通常、画
像の表示には４００ｎｍから７００ｎｍの可視光を利用
しているが、それ以外にも蛍光管からは４００ｎｍ未満
の光が放出されている。その代表的な光としては、水銀
に起因する２５４ｎｍ，３１４ｎｍ，３６５ｎｍなどが
あり、相対強度も緑色光（５５０ｎｍ付近）の最大ピー
ク強度の１／４から１／２程度と、かなり大きい。この
ような光は通常、カラーフィルタや紫外線カットフィル
タなどにより吸収あるいは反射され、光として全く利用
されていない。本発明では、主にこれら光として利用さ
れていない４００ｎｍ未満の光をカラーフィルタ内に分
散する蛍光体により可視光に変換し、表示用の光として
利用することで光利用効率の向上（輝度向上）を図るも
のである。

【００２２】またさらには、青色光（４５０ｎｍ）は緑
色や赤色カラーフィルタで吸収され、表示用の光として
は利用されていないが、この青色光（４５０ｎｍ）を蛍
光体により緑色光や赤色光に変換することで、さらなる
光利用効率の向上(輝度向上)が可能となる。

【００２３】カラーフィルタ中には各画素に対応する部
分毎に、１種の蛍光体のみ含まれてもよいし、また、組
成の異なる少なくとも２種以上の蛍光体を含んでもよ
い。さらには、２５４ｎｍで励起発光する蛍光体と３６
５ｎｍで励起発光する蛍光体のように、励起波長の異な
る少なくとも２種類以上の蛍光体を含んでもよい。ま
た、各画素に対応する部分毎に、１種の蛍光体のみ含ま
れ、この蛍光体が４００ｎｍ未満の光、かつ、４００ｎ
ｍ以上の光によっても励起発光するものでもよい。

【００２４】ここで、上記カラーフィルタ中に含まれる
具体的な蛍光体材料について説明する。

【００２５】蛍光体は一般に絶縁体である母体と発光中
心とからなる。そして、発光中心は通常、原子やイオン
であり、これら発光中心で生じるエネルギー準位間の電
子遷移により発光する。従って、蛍光体からの発光色
は、発光中心の種類に大きく依存する。

【００２６】赤色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主にＥｕ³⁺（３価ユーロピウムイオン）やＭｎ²⁺
(２価マンガンイオン）などを含む。Ｅｕ³⁺(３価ユーロ
ピウムイオン）は、その電子遷移により６１０ｎｍから
６３０ｎｍの赤色領域に強い発光を示し、赤色の発光を
生じる。また、Ｍｎ²⁺(２価マンガンイオン)では、母体
材料により主に緑色から橙色の発色を生じるが、３.５
ＭｇＯ・０.５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂を母体材料とした場合
には赤色の発光を生じる。

【００２７】緑色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主にＴｂ³⁺（３価テルビウムイオン）などを含
む。Ｔｂ³⁺（３価テルビウムイオン）は、その電子遷移
により緑色の発光を生じる。

【００２８】青色を発光する蛍光体は、その発光中心と
して、主にＥｕ²⁺（２価ユーロピウムイオン）を含む。
Ｅｕ²⁺（２価ユーロピウムイオン）は、その電子遷移に
より紫外から青緑色の発光を生じるが、母体材料により
青色フィルタの色に応じた青色を発色する。

【００２９】また、上記のように発光中心での電子遷移
を利用する蛍光体のほかに、半導体中の電子と正孔が再
結合する際に生じる発光を利用する蛍光体もある。例え
ば、半導体であるＺｎＳ（硫化亜鉛）を含む蛍光体であ
る。

【００３０】上記蛍光体材料の具体的な材料を、各発光
色及び各励起波長ごとに表１にまとめた。ただし、本発
明を実施するにおいては表１に示す化合物に限定される
ものではない。

【００３１】

【表１】

【００３２】特にカラーフィルタが、各画素に対応する
フィルタ部分毎に１種の蛍光体のみを含む場合には、そ
の蛍光体の励起波長に対する発光スペクトルが２つ以上
のピークを有すると非常に効率的である。例えば表１に
おいて、赤色蛍光体Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（励起波長３６５ｎ
ｍ，４５０ｎｍ），緑色蛍光体（Ｙ，Ｇｄ)₃(Ａｌ，Ｇ
ａ)₅Ｏ₁₂：Ｔｂ（励起波長２５４ｎｍ，４５０ｎｍ），
青色蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ)₁₀(ＰＯ₄)₆Ｃ_l2：Ｅｕ
(励起波長２５４ｎｍ，３６５ｎｍ）などは２種類の異
なる励起波長において強度の大きな発光を有するために
非常に効率的である。

【００３３】次に、上記蛍光体カラーフィルタの液晶表
示装置における配置について述べる。

【００３４】上記したように、蛍光体を分散したカラー
フィルタは必ず偏光板より外側に配置する必要がある。
本発明における基本的な液晶表示装置の構成を、図２に
示す。これら断面図からわかるように、蛍光体を分散し
た蛍光体カラーフィルタ１１は一対の偏光板４（４Ａ，
４Ｂ）の内側にある液晶層６の逆側つまり外側に配置す
る。これは、次の理由による。

【００３５】通常、液晶表示装置では、偏光板から入射
する直線偏光を液晶分子の配向により制御し、対向する
偏光板（光が出射する側の偏光板）の透過軸方向に一致
する偏光のみ透過することにより表示を行っている。し
かし、蛍光体から発光する光は全方位に散乱する散乱光
であるために、直線偏光を制御している空間、すなわち
２つの偏光板の間に蛍光体カラーフィルタを配置した場
合には、これら制御された偏光光を乱し、表示に大きく
影響する。特に黒表示においては、光が漏れ、コントラ
スト低下の大きな要因となる。従って、蛍光体カラーフ
ィルタは必ず偏光板より外側に配置する必要がある。

【００３６】さらに、カラーフィルタを偏光板の外側に
配置することによる大きな利点がある。上記光学的な作
用から、カラーフィルタを偏光板の外側に配置しなけれ
ばならず、このことは結果としてカラーフィルタが液晶
層に接しない配置となる。この時、従来から問題となっ
ているカラーフィルタからの不純物による液晶汚染の問
題やカラーフィルタから発生する気泡の問題が解消され
る。

【００３７】カラーフィルタからの不純物により液晶が
汚染されると、液晶の比抵抗が低下する。これにより液
晶層での電圧保持特性が劣化し、１表示期間（１フレー
ム）内で、輝度を保持できず表示不良を生じる。また、
カラーフィルタから気泡が発生し、液晶層中に入り込ん
だ場合には、その領域では偏光光を制御できないため
に、偏光板をクロスニコル配置した場合、常に黒表示と
なる。これらの表示不良は液晶表示装置にとって致命的
である。

【００３８】図１に示す従来のような構成では、カラー
フィルタ８が液晶層６に接しており、液晶汚染を抑制す
るために、高純度カラーフィルタを用いたり、あるいは
カラーフィルタの表面を、エポキシなどを主成分とする
オーバーコート樹脂により被覆する手段を講じていた。
これらの手段では、製造コストの増大を招いてしまう。

【００３９】従って、本発明にあるように、カラーフィ
ルタを偏光板の外側に配置することにより、コントラス
トの低下を抑制できるだけでなく、液晶層への不純物や
気泡混入による表示不良の問題を回避でき、かつ、製造
コストを下げることが可能となる。

【００４０】なお、カラーフィルタ内に蛍光体材料を分
散させた蛍光体カラーフィルタは、例えば図２（ａ），
図２（ｂ）に示すように、液晶層に対して２通りの配置
が考えられる。図２（ａ）では、蛍光体を混ぜたカラー
フィルタ１１が液晶層６を挟持する一対の基板５，９を
挟んで光源１と逆の側、つまり液晶層より前面（観測者
側）に配置する構成である。また、図２（ｂ）では、蛍
光体を分散したカラーフィルタ１１が液晶層６と光源１
との間、つまり液晶層の背面（光源側）に配置する構成
である。

【００４１】一方、蛍光体カラーフィルタを偏光板の外
側に配置することにより問題が生じる。その問題とは、
光クロストーク（混色）を生じることによるコントラス
トの低下、及びその光クロストーク抑制にともない画素
の高精細化が困難になることである。

【００４２】通常、液晶表示装置に用いられているガラ
ス基板は０.７mm 以上の厚みを有する。この厚みを有す
る基板を本構成にそのまま適応した場合には、光の透過
をスイッチしている液晶層と着色層（発光層）である蛍
光体カラーフィルタとの距離が大きくなる。この時、例
えば図２（ａ）のように蛍光体カラーフィルタが観測者
側配置の場合には、液晶層でスイッチした光は、完全な
平行光（基板に対して完全な垂直）でないために、その
画素に対応するフィルタに入射されず、隣接する画素に
対応する異なる色のフィルタに入射する可能性がある。
つまり、光クロストーク（光の混色）を生じ、その結果
としてコントラストが低下する。また、図２（ｂ）の構
成では蛍光体カラーフィルタを透過した着色した光は、
完全な平行光（基板に対して完全な垂直）でないため
に、それに対応する光をスイッチする画素に入射され
ず、隣接する画素に入射する可能性がある。つまり、先
と同様に光の混色を生じ、その結果としてコントラスト
が低下する。これを抑制するためには、一つの画素サイ
ズを大きくすればよいが、このことは液晶表示装置の精
細度を低くすることに相当する。

【００４３】この光クロストークを考えるには、液晶層
を挟む一対の基板のうち、カラーフィルタ側に配置され
る基板の厚み、すなわち液晶層と着色層（発光層）との
距離が重要となる。

【００４４】図１４を用いてガラス基板の厚みと精細
度、すなわち画素幅との関係について説明する。図１４
（ａ）は、１画素に対応する液晶表示装置の概略断面図
であり、図１４（ｂ）は、電極構造を示す平面図であ
る。なお、図１４（ｂ）のＡ−Ａ′における断面が図１
４（ａ）に相当する。図１４（ａ）の構成では、光源か
らの光が、光の進行方向に対して角度２θ₁ の広がりを
持って、蛍光体カラーフィルタ１１に入射し、蛍光体カ
ラーフィルタで着色もしくは発光した光が、偏光板４Ａ
を透過し、入射角θ₂ で厚みがｔの基板５に入射され、
液晶層６に達する。

【００４５】蛍光体カラーフィルタと基板を含む部材の
屈折率をｎ_sub 、空気の屈折率をｎ_air とする、スネル
の法則より（式３）が成り立つ。

【００４６】

【数３】

【００４７】ここで、１画素の短辺方向幅をＷ（＝Ｐ／
３，Ｐ：画素ピッチ）とし、１／２画素のクロストーク
を許容すると、基板の厚みｔは（式４）のように表され
る。ただし、偏光板と蛍光体カラーフィルタの厚みは、
基板の厚みに比べ非常に薄いため無視できる。

【００４８】

【数４】

【００４９】蛍光体カラーフィルタを含む基板の屈折率
ｎ_subはおよそ１.５程度であり、一方、空気層の屈折率
ｎ_air は１である。従って、（式３）と（式４）から基
板の厚みｔは次の（式５）のように表せる。

【００５０】

【数５】

【００５１】また、例えば、光源からの光が、液晶表示
装置に対して６０度の広がり（θ₁＝３０°）をもっ
て、蛍光体カラーフィルタに入射するとする。通常液晶
表示装置へ入射される光は、ある程度コリメート化され
るため、入射角θ₁は３０°以下と考えてよい。このこ
とから、（式５）は次の（式６）のように表せる。

【００５２】

【数６】

【００５３】そして、液晶表示の精細度として７０ppi
を考えると、Ｗは１２０μｍ（画素ピッチＰ＝３６０μ
ｍ）である。この値を（式６）に代入すると、基板の厚
みｔは０.１７mm 以下である必要がある。さらに、液晶
テレビなど３０インチ及び４０インチのＷＸＧＡを考え
た場合には、Ｗはそれぞれ１７０μｍ（５０ppi 相
当）、２４０μｍ（３５ppi 相当）である。この時、
（式６）より基板の厚みは、それぞれ０.３２mm以下，
０.４６mm以下であることが望ましい。

【００５４】また、液晶表示装置へ入射される光が、さ
らにコリメート化され、液晶表示装置に対して４０度の
広がり（θ₁ ＝２０°）をもって、蛍光体カラーフィル
タに入射する場合には、（式５）は次の（式７）のよう
に表される。

【００５５】

【数７】

【００５６】この時、４０インチのＷＸＧＡを考えた場
合には、Ｗは２４０μｍ（３５ppi相当）であり、（式
７）より基板の厚みは、０.５mm 以下であることが望ま
しい。

【００５７】さらに、このような厚みの薄板基板は、一
対の超薄板ガラスと、これら超薄板ガラスに挟持された
光透過性の樹脂層とから成るハイブリッド基板であって
もよい。このような基板は、厚みが非常に薄いことに加
え、同様の厚みを有するガラス基板に比べ、強度的に非
常に優れ扱いやすく、また軽量である。

【００５８】また、上記ハイブリッド基板を形成する光
透過性の樹脂層が偏光などの光学機能を有する材料であ
ってもよい。このような機能を付加した薄板基板によ
り、液晶表示装置としての軽量化及び製造プロセスの簡
略化が可能となる。

【００５９】そして、薄板基板を構成する超薄板ガラス
は、上記光学部材を介在する構成を考えれば、少なくと
も薄板基板の半分未満の厚さである必要がある。例え
ば、薄板基板の厚みが０.５mmである場合には、少なく
とも０.２５mm未満であればよい。現状では、厚みが５
０μｍ程度の薄板ガラス基板もある。

【００６０】上式（式６）や（式７）からもわかるよう
に、薄板基板あるいはこれを構成する超薄板ガラスの厚
みは、画素ピッチ（精細度）に直接影響し、例えばその
厚みが従来の基板の半分であれば、液晶表示装置は従来
の約２倍の高精細度を実現することが可能となる。

【００６１】以下、図２（ａ）と図２（ｂ）を用いて、
蛍光体カラーフィルタ前面配置と背面配置の構成につい
て、詳細に説明する。

【００６２】図２（ａ）は、蛍光体を分散したカラーフ
ィルタ１１が液晶層６を挟持する一対の基板５，９を挟
んで光源１と逆の側、つまり液晶層より前面(観測者側)
に配置する構成である。光源１からは４００ｎｍから７
００ｎｍの可視光及び４００ｎｍ未満の光が出射され、
これら光は導光層３と反射板２により効率よく液晶層側
へ導かれる。液晶層側に導かれた光は第１の偏光板４
Ａ，ガラス基板５，液晶層６，ガラス基板９，第２の偏
光板４Ｂを透過し、蛍光体カラーフィルタ１１に入射さ
れる。蛍光体カラーフィルタ１１にはＲＧＢ以外に上述
したような４００ｎｍ未満の光（代表的には２５４ｎ
ｍ，３１４ｎｍ，３６５ｎｍなど）も入射される。

【００６３】蛍光体カラーフィルタ１１内にはカラーフ
ィルタを形成する顔料と共に４００ｎｍ未満の紫外光ま
たは近紫外光で励起発光する蛍光体を混ぜ込み、上述し
た光がカラーフィルタ内に入射することにより蛍光体か
らの可視光を利用する。例えば、緑色カラーフィルタ内
に２５４ｎｍや３１３ｎｍ，３６５ｎｍで緑色を発光す
る蛍光体を分散する。このことにより、緑色カラーフィ
ルタに入射する緑色の光はそのまま透過し、従来カラー
フィルタに吸収され、光として利用されていなかった紫
外光や近紫外光を緑色の光に変換し、透過させることに
より光利用効率を向上させる。さらには、青色光（約４
５０ｎｍ）で緑色を発光する蛍光体を分散することによ
りさらなる光利用効率の向上が可能となる。

【００６４】しかし、さらなる光利用効率の向上には、
図２（ｂ）に示す構成が有効である。図２（ａ）のよう
な蛍光体カラーフィルタを液晶層に対して前面に配置す
る構成では、４００ｎｍ未満の光は、偏光板，ガラス基
板，液晶層など様々な部材を透過した後にようやく蛍光
体カラーフィルタに入射する。従って、光源から発せら
れた光は、各部材の透過率により蛍光体カラーフィルタ
入射直前には光強度が小さくなる。特に、液晶層の透過
率は波長依存性を有しており、通常可視光（４００ｎｍ
から７００ｎｍ）の透過率が高くなるよう設計されてい
るために、４００ｎｍ未満の光の透過率は低い。さらに
は、液晶分子自身に吸収される可能性もある。このこと
を考えれば、光利用効率のさらなる向上のためには、４
００ｎｍ未満の光が透過する層の数を減らし、その強度
が小さくなる以前に蛍光体により可視光に変換すること
が有効である。

【００６５】図２（ｂ）に示す構成は、以上のことを考
慮したものであり、蛍光体を分散したカラーフィルタ１
１が液晶層６と光源１との間、つまり液晶層の背面(光
源側)に配置する構成である。

【００６６】光源１からの光は、導光層３と反射板２に
より蛍光体カラーフィルタ１１に入射され、紫外光や近
紫外光はカラーフィルタ内の蛍光体により可視光に変換
される。変換された可視光は第１の偏光板４Ａ，ガラス
基板５，液晶層６，ガラス基板９、さらには第２の偏光
板４Ｂを透過して、観測者側に出射される。本構成では
導光層からの光が偏光板，液晶層などを透過する前に蛍
光体カラーフィルタに入射され、可視光に変換されるた
めに、蛍光体カラーフィルタを前面に配置する構成に比
べて光利用効率は高く、さらなる高輝度化が可能とな
る。

【００６７】ここで、液晶表示モードについて説明す
る。本発明の効果を達成するためには、特に液晶表示モ
ードに関する限定はなく、基板面にほぼ垂直な電界を用
いて液晶分子をスイッチするＴＮ方式（Twisted Nemati
c），ＶＡ方式（VerticalAllignment）また、ガラス基
板面にほぼ平行な電界を用いて液晶分子をスイッチする
ＩＰＳ方式（In Plane Switching）、さらには液晶を駆
動するための電極が画素内で重畳しており、電極近傍の
フリンジ電界により液晶分子をスイッチするＦＦＳ方式
（Fringe Field Switching）などでもよい。液晶表示モ
ードに関わらず、本構成では高輝度，高精細，高コント
ラストを達成することができる。

【００６８】ただし、一対の基板のうち、一方の基板に
のみ液晶を駆動するための電極群が形成されている液晶
表示装置では、本構成において、高輝度，高精細，高コ
ントラストなどの表示性能向上に加えて、生産効率の向
上が可能である。これは、電極群を形成する基板の対向
基板が素ガラスでよいため、製造プロセス上、通常の厚
みを有するガラス基板に比べ取り扱いの困難な薄板ガラ
スを対向基板として用い、その上に電極群を形成する必
要がないからである。従って、一方の基板のみに電極を
形成する方式では薄型ガラス基板の取り扱いが容易で歩
留まり向上が望める。

【００６９】さらに、製造歩留まりを考慮すると、電極
群を形成する基板はできるだけ厚みを有する方が取り扱
いやすい。電極を基板上に形成するためには、現像・露
光など様々な装置内を移動し、そのプロセスは多岐にわ
たる。従って、薄板基板のように従来の基板に比べ取り
扱いが困難な部材は歩留まりの低下を引き起こす。そこ
で、電極を形成する側の基板として従来の厚みを有する
基板を用いた場合には、上記した光クロストークの問題
から、電極形成基板の配置が決まる。すなわち、蛍光体
を含むカラーフィルタが、液晶層を挟持する一対の基板
を挟んで、光源と逆の側に配置されている液晶表示装置
においては、一対の基板のうち、電極群の形成された基
板は、液晶層より観測者側に配置すればよい。また、蛍
光体を含むカラーフィルタが、液晶層と光源との間に配
置されている液晶表示装置においては、電極群の形成さ
れた基板は、液晶層より観測者側に配置すればよい。

【００７０】一対の基板のうち、一方の基板にのみ液晶
を駆動するための電極群を形成する具体的な液晶表示装
置としては、液晶を駆動するための櫛歯形状の共通電極
及び画素電極が、画素内でそれぞれ勘合するように形成
され、ほぼ液晶を基板にほぼ平行な電界により駆動する
ＩＰＳ方式の液晶表示装置がある。また、画素内に形成
される液晶を駆動するための共通電極及び画素電極の、
一方の電極が画素内をほぼ全面覆うようにベタ状に形成
され、もう一方の電極が櫛歯状に形成され、かつ、該櫛
歯状電極が該ベタ状電極上に絶縁膜を介して重畳し、櫛
歯状電極端部で発生するフリンジ電界により液晶分子を
駆動するＦＦＳ方式の液晶表示装置がある。

【００７１】また、特にＩＰＳ方式において、本構成を
利用するメリットがある。これはＩＰＳ方式での透過率
がリタデーションΔｎｄに大きく依存していることによ
る。ＩＰＳ方式の液晶表示装置においては複屈折モード
により光をスイッチし、表示を行うため、液晶層の透過
率は一般に（式８）のように表すことができる。

【００７２】

【数８】

【００７３】ここでＴは透過率、χは液晶分子の初期配
向方向からのずれ回転角、λは入射光波長、ｄは液晶層
厚み、Δｎは液晶材料の屈折率異方性である。

【００７４】（式８）に従い、波長λ＝４５０ｎｍ,５
５０ｎｍ,６５０ｎｍにおけるΔｎｄと透過率Ｔに比例
する次式

【００７５】

【数９】

【００７６】の関係を図１５に示した。

【００７７】通常、緑色（λ＝５５０ｎｍ）の透過率が
最大になるようにリタデーションΔｎｄが設定され、Δ
ｎｄ＝０.２８程度である。透過率はリタデーションΔ
ndに大きく影響され、特に液晶層厚みｄに対して敏感で
あり、その設定値よりずれると透過率は大きく低下す
る。

【００７８】従来の構成ではカラーフィルタが液晶層に
直接接しているために、液晶層の厚みの変動はカラーフ
ィルタの平坦性に大きく依存する。カラーフィルタは一
般にフォトリソ法により順次ＲＧＢ各色のカラーレジス
トを露光・現像プロセスにより形成するためにＲＧＢに
よりレジスト膜厚が異なるなど、液晶層厚みを変動させ
る段差を生じる。この段差の面内分布が透過率の面内分
布に直接影響し、輝度むらなどの表示不良として観測さ
れる。

【００７９】これに対して、本発明の構成においては、
カラーフィルタは薄板ガラス基板の外側に配置され、液
晶層の厚みは薄板ガラス基板の平坦性に大きく依存する
ことになる。カラーフィルタ層と薄板ガラス基板の平坦
性を比較すると、明らかに薄板ガラス基板の平坦度は高
く、ＩＰＳ方式のように透過率が液晶層厚みに敏感な表
示モードに有効である。

【００８０】一方、ＴＮ方式では液晶層の透過率は（式
１０）のように表すことができ、（式２）に従い、波長
λ＝４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５０ｎｍにおけるΔｎ
ｄと透過率Ｔの関係を図１６に示した。

【００８１】

【数１０】

【００８２】通常、緑色の透過率が最大になるようにΔ
ｎｄが設定され、Δｎｄ＝０.４８程度である。ＩＰＳ
方式と同様に透過率はΔｎｄに影響されるが、Δｎｄの
変化に対する透過率の変化がＩＰＳ方式に比べて小さい
ために透過率に対する液晶層厚みｄのマージンは広く、
本構成による平坦化の効果はＩＰＳ方式に比べるとその
度合いは小さい。

【００８３】また、特に図２（ｂ）に示した蛍光体カラ
ーフィルタの背面配置構造では、生産効率を考慮すると
上記したように、ＴＦＴなどの電極群を形成した基板が
観測者側に配置される。この時、外光がＴＦＴ基板によ
りマトリクス状に形成された各配線や画素内の電極によ
り反射され、この反射光によりコントラストが低下する
という問題を生じる。

【００８４】これは、電極が金属で形成され、その反射
率が高いためである。従って、IPSにおいて、画素内に
配置されている画素電極及び共通電極のうち、少なくと
も一方の電極が透明導電膜で形成すれば、反射率を低く
抑えることができる。

【００８５】また、外光を反射する金属電極（配線，画
素内の電極）とこれらを形成する基板との間に光吸収膜
を形成することによっても反射率を低く抑えることがで
きる。さらには、金属電極とこれらを形成する基板との
間にのみ屈折率の異なる膜を形成し、外光を屈折させ、
金属電極に光が当たらなくすることにより反射率を低く
抑えることも可能である。これら手段を用いることによ
り、外光反射によるコントラスト低下を抑制することが
できる。

【００８６】次に動画対応の液晶表示装置について考え
る。従来、液晶表示装置は主に、パソコン用モニタなど
静止画像を表示してきたが、近年では液晶テレビやＤＶ
Ｄ再生対応モニタとして動画への対応も要求されてい
る。

【００８７】従来の液晶表示装置では、その光源は画像
の表示期間中は点灯している、いわゆるホールド型表示
であった。しかし、このホールド型表示では原理的に動
画ぼやけを生じることが指摘され、これを解決するため
には、光源が、１フレーム期間内に間欠的に点灯するイ
ンパルス型でなければならない。

【００８８】そして、本発明の蛍光体カラーフィルタと
インパルス型光源との組合せでは、次の点が必須であ
る。すなわち、各画素に対応するフィルタ部分毎に含ま
れる蛍光体の残光時間が、光源の残光時間とほぼ同程
度、もしくは短くなければならない。なお、光源には蛍
光管（３波長管）やハロゲンランプなどの白色光源でも
よい。

【００８９】液晶表示装置としての光源には一般に蛍光
管（３波長管）が用いられる。周知のように蛍光管の内
壁には蛍光体が塗布され、蛍光管内で発生する水銀イオ
ンに起因する紫外光により励起発光される。従って、各
画素に対応するフィルタ部分毎に含まれる蛍光体の残光
時間が蛍光管内壁に塗布された蛍光体の残光時間より長
い場合には、蛍光管が間欠的に点灯しても、フィルタ部
分毎に含まれる蛍光体の残光時間が律速となり、動画ぼ
やけを生じることになる。

【００９０】以上の構成に加え、さらに蛍光管の発光ス
ペクトルの光強度比を最適化することにより、消費電力
を増大させることなく、さらなる光利用効率の向上（輝
度向上）が期待できる。

【００９１】以下、蛍光管からのＲＧＢ発光強度比の最
適化する手段について、蛍光体カラーフィルタを前面に
配置した場合と、背面に配置した場合のそれぞれについ
て述べる。なお、ここでは蛍光体カラーフィルタ内には
紫外光により発光する蛍光体のみ分散されているとす
る。

【００９２】まず、前面に配置した場合について述べ
る。例えば、観測者側で検知される赤色の光強度Ｉ_R′
は蛍光管から偏光板，基板，液晶層，偏光板，カラーフ
ィルタを透過してきた赤色光と、蛍光管から偏光板，基
板，液晶層，偏光板を通過した紫外光が蛍光体により赤
色に変換された後、カラーフィルタを透過してきた光の
強度の和として表すことができる。すなわち（式１１）
のように表せる。

【００９３】

【数１１】Ｉ_R′＝Ｉ_R×α_R＋Ｉ_UV×α_UV×β …（式１１）ここで、α_R は赤色光の偏光板，液晶層，カラーフィル
タ、を含めた透過率である。またα_UVは紫外光の偏光
板，液晶層，カラーフィルタ、を含めた透過率であり、
βはこの紫外光による蛍光体の発光効率である。

【００９４】緑色，青色についても同様に考えれば、観
測者側での光強度は、それぞれ（式１２），（式１３）
のように表せる。

【００９５】

【数１２】Ｉ_G′＝Ｉ_G×α_G＋Ｉ_UV×α_UV×β …（式１２）

【００９６】

【数１３】Ｉ_B′＝Ｉ_B×α_B＋Ｉ_UV×α_UV×β …（式１３）このことから、観測者側で出射される光の強度Ｉ′は
（式１４）で表せる。

【００９７】

【数１４】Ｉ′＝Ｉ_R′＋Ｉ_G′＋Ｉ_B′ ＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋３α_UVβＩ_UV …（式１４）ここで蛍光管の消費電力を増大させないためには、蛍光
管からの発光エネルギー（発光スペクトルの面積）が一
定となればよい。つまり、上式において、Ｉ_R＋Ｉ_G＋Ｉ
_B＋Ｉ_UVが常に一定であればよい。例えば、緑色の光強
度を大きくした場合には、その分、別の色の光強度を小
さくすればよい。この制約条件において、観測強度Ｉ′
を最大にするためには各光強度の係数に着目し、係数の
最も大きい光の強度を大きくし、その分、係数の最も小
さい光の強度を小さくする。係数が小さい光は観測強度
Ｉ′に対してその影響が小さく、逆に、係数が大きい光
は観測強度Ｉ′に対してその影響が大きいためである。
なお、この考え方はカラーフィルタ内に青色光により発
光させる蛍光体を分散させた場合でも同じである。

【００９８】次に背面配置した場合について述べる。例
えば、観測者側で検知される赤色の光強度Ｉ_R′ は蛍光
管からカラーフィルタ，偏光板，基板，液晶層，偏光板
を透過してきた赤色光と、蛍光管からの紫外光がカラー
フィルタ中の蛍光体により赤色に変換された後、偏光
板，基板，液晶層，偏光板を透過してきた光の強度の和
として表すことができる。すなわち（式１５）のように
表せる。

【００９９】

【数１５】Ｉ_R′＝α_R×（Ｉ_R＋Ｉ_UV×β） …（式１５）ここで、α_R は赤色光の偏光板，液晶層，カラーフィル
タを含めた透過率であり、βはこの紫外光による蛍光体
の発光効率である。

【０１００】緑色，青色についても同様に考えれば、観
測者側での光強度は、それぞれ（式１６），（式１７）
のように表せる。

【０１０１】

【数１６】Ｉ_R′＝α_R×（Ｉ_R＋Ｉ_UV×β） …（式１６）

【０１０２】

【数１７】Ｉ_R′＝α_R×（Ｉ_R＋Ｉ_UV×β） …（式１７）このことから、観測者側で出射される光の強度Ｉ′は
（式１８）で表せる。

【０１０３】

【数１８】Ｉ′＝Ｉ_R′＋Ｉ_G′＋Ｉ_B′ ＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋（α_R＋α_G＋α_B）βＩ_UV …（式１８）ここで蛍光管の消費電力を増大させないためには、蛍光
管からの発光エネルギー（発光スペクトルの面積）が一
定となればよい。つまり、上式において、Ｉ_R＋Ｉ_G＋Ｉ
_B＋Ｉ_UVが常に一定であればよい。例えば、緑色の光強
度を大きくした場合には、その分、別の色の光強度を小
さくすればよい。この制約条件において、観測強度Ｉ′
を最大にするためには各光強度の係数に着目し、係数の
最も大きい光の強度を大きくし、その分、係数の最も小
さい光の強度を小さくする。係数が小さい光は観測強度
Ｉ′に対してその影響が小さく、逆に、係数が大きい光
は観測強度Ｉ′に対してその影響が大きいためである。
なお、この考え方はカラーフィルタ内に青色光により発
光させる蛍光体を分散させた場合でも同じである。

【０１０４】蛍光管ではその中に封入された水銀原子が
熱電子により励起され、これにより生じる紫外線が、蛍
光管の内面に塗布された蛍光体を励起し、発光させる。
従って、蛍光管内面に塗布された蛍光体の量（面積比，
膜厚比）を変えることによって、上記したように各光の
強度を調整することが可能である。

【０１０５】以上のような考え方により蛍光管の発光ス
ペクトルを最適化する手段を組合せることにより、蛍光
体カラーフィルタを利用した液晶表示装置のさらなる輝
度向上が可能となる。

【０１０６】以下、各実施例において、詳細な構成と、
光利用効率向上効果について述べる。

【０１０７】（実施例１）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図３に示す。また、図４に電極平面図を
示す。これら図中では液晶表示装置の１画素に対応する
部分のみ示しており、図４のＡ−Ａ′における断面が図
３である。液晶表示素子は、表示部が対角３０インチサ
イズＷＸＧＡ（５０ppi 相当）のＴＮ方式の液晶テレビ
である。

【０１０８】まず、厚さ０.５mm の第１のガラス基板５
上に走査配線１７を形成する。次に窒化シリコンＳｉＮ
ｘなどの絶縁膜（図中では省略）が形成され、その上に
信号配線１２，ソース電極（図中では省略）が形成され
る。これら電極材料には、クロムモリブデンＣｒＭｏを
用いている。また、信号配線や走査配線の材料には電気
抵抗の低いものであれば特に問題はなく、アルミニウム
や銅などでもよい。なお、マトリクス状に形成された走
査配線１７と信号配線１２の交点付近にスイッチング素
子であるＴＦＴ１８が配置され、これらマトリクス状に
形成される各配線に囲まれた領域に対応して画素が形成
されている。ＴＦＴとしてはアモルファスシリコンによ
り形成されたものでもよいし、また、ポリシリコンによ
り形成されたものでもよい。本実施例ではＴＦＴとして
アモルファスシリコンによる層構成を記述したが、ポリ
シリコンにおいては配線及び絶縁膜の層配置などが多少
異なる。しかし、その違いは本発明の効果に対しては特
に問題とはならない。

【０１０９】その後、さらに絶縁膜１３を介して、各画
素内にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により画素電極１４
を形成する。画素電極１４はＴＦＴ１８を介して、信号
配線１２に接続されている。なお、ここではＴＦＴが形
成された第１のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶことに
する。

【０１１０】一方、厚みが０.５mm である薄板ガラス基
板である第２の基板９には、各画素部にＩＴＯにより共
通電極１６を形成する。共通電極の形成された基板を対
向基板と呼ぶことにする。

【０１１１】このようにして作製するＴＦＴ基板と、対
向基板の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミ
ド配向膜１５を形成する。一般にポリイミド膜は、その
前駆体であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで
塗布し、これらを高温で焼成することにより形成され
る。ここで形成されたポリイミド配向膜１５の表面をラ
ビング処理することにより配向処理を施す。

【０１１２】次に、これらＴＦＴ基板と対向基板のう
ち、一方の基板の表示領域周縁部にシール材を塗布し、
もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シール材
は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口が形
成されるように塗布する。シール材に紫外線を照射しな
がら加圧し、両基板を接着固定する。シール材としては
熱硬化型の材料を用い、加熱しながら加圧し、両基板を
接着固定してもよい。

【０１１３】基板間には直径５.５マイクロメートルの
高分子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるよ
うになっている。その後、封入口から真空封入法により
液晶を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹
脂などで封止する。

【０１１４】組合せた基板の裏面に第１の偏光板４Ａと
第２の偏光板４Ｂをノーマリーオープン特性（低電圧で
白表示，高電圧で黒表示）となるようにクロスニコル配
置で貼り付ける。

【０１１５】一方、基板１０上にはフォトリソ法により
蛍光体カラーフィルタ１１を形成する。カラーフィルタ
のベース材であるアクリル樹脂に顔料及び、顔料と同じ
色を発光する蛍光体を分散する。本実施例では各色のフ
ィルタにそれぞれ赤色蛍光体Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺ 及びＹ₂
Ｏ₃：Ｅｕ³⁺ 、緑色蛍光体Ｙ₂ＳｉＯ₆：Ｃｅ，Ｔｂ³⁺及
びＬａＯ₄：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺ 、青色蛍光体Ｃａ₂Ｂ₅Ｏ₉
Ｃｌ：Ｅｕ²⁺ 及びＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺を混ぜ
込む。蛍光体を含むカラーレジストコートを基板１０表
面に塗布し、露光現像の工程を３回繰り返すことにより
ストライプ状の３色ＲＧＢ蛍光体カラーフィルタを形成
する。なお、ここでは蛍光体カラーフィルタを形成した
基板をカラーフィルタ基板と称することにする。

【０１１６】そして、このカラーフィルタ基板を、上記
組立て基板の第２の偏光板４Ｂ側に貼り付けて液晶表示
素子を組立てる。この液晶表示素子に、光源１，反射板
２，導光層３からなるバックライトユニットを組合せる
ことにより液晶表示装置を組立てた。

【０１１７】次に、光利用効率を図３と表２を用いて説
明する。表２は各部材での透過率及び各部材透過後の光
強度の変化をまとめたものである。

【０１１８】光源には図１７に示すスペクトルを有する
蛍光管を利用している。光源より出射する光は赤色（６
５０ｎｍ近傍），緑色(５５０ｎｍ近傍），青色(４５０
ｎｍ近傍）及び紫外光（２５４ｎｍ近傍，３１０ｎｍ近
傍，３６５ｎｍ近傍）がある。表２の出射光量は、各光
強度を足し合わせた強度を１とし、各光の強度比により
振り分けている。

【０１１９】光源１より出射した赤緑青色及び紫外光の
各光は反射板２，導光層３によりほぼ全て液晶層方向に
導かれる。赤緑青の各光は第１の偏光板４Ａを透過し、
ほぼ４５％程度の強度となり、直線偏光に変換される。
また、紫外光はほぼ３３％程度の強度となり、直線偏光
に変換される。

【０１２０】次にこれら直線偏光は第１のガラス基板５
を透過する。第１のガラス基板５上には液晶を駆動する
ための画素電極１４及びこれらに電圧を供給する配線や
スイッチング素子などが形成されており、これら電極群
には非透過な金属材料が用いられているために光が透過
できる面積は一部である。なお、本実施例では液晶の表
示モードとしてＴＮ方式を用いているために、光の透過
できる面積の比率（開口率）はほぼ７５％である。

【０１２１】ＴＦＴ基板を透過した直線偏光はさらに液
晶層に入射される。本実施例では液晶層の厚みを５.５
μｍとし、Δｎｄが０.４８で、緑色の光（５５０ｎ
ｍ）の透過率が最大になるように設計している。しか
し、液晶を駆動するための電界によりすべての液晶分子
が理想的に回転するわけではなく、実際の緑色の光につ
いてはほぼ９０％程度の透過率である。さらに、上記
（式１０）に示したように、透過率は入射光の波長によ
って大きく異なる。例えば、赤色の光（６５０ｎｍ）で
はほぼ８６％、青色の光（４５０ｎｍ）ではほぼ８６
％、紫外光においてはほぼ８１％の透過率となる。

【０１２２】各直線偏光はこの液晶層を透過する間にそ
の旋光性により９０°回転され、薄板ガラス基板である
第２のガラス基板９に入射し、その後第２の偏光板４Ｂ
より出射し、蛍光体カラーフィルタ１１に入射する。第
２の偏光板４Ｂでは、偏光板自身での光吸収があるた
め、その透過率は赤緑青色の各光では９０％、紫外光で
は６６％である。

【０１２３】蛍光体カラーフィルタは、顔料とともにフ
ィルタと同じ色を発光する上記蛍光体を含んでいる。例
えば緑のカラーフィルタに入射した緑の光はカラーフィ
ルタでほとんど吸収されることなく透過し、紫外光は中
に含まれる蛍光体により緑光に変換されて透過する。紫
外光は蛍光体により２６％の発光効率で、可視光に変換
される。蛍光体からの光は全方位に発光する散乱光であ
り、その一部のみ観測者側に光が導かれる。上記発光効
率にはその点も考慮している。

【０１２４】さらに、これら蛍光体により変換された可
視光、及び光源からの可視光はカラーフィルタを透過す
る。

【０１２５】表２において、出射光量は入射光量に各部
材の透過率（蛍光体については発光効率）をすべて掛け
た値である。出射光量の和は、観測者の認識する同色の
色においての光量を足した値である。そして、各色の出
射量の平均値が光利用率平均値となる。

【０１２６】本構成では、光利用率は６.１８％であ
り、後述する（比較例１）で実施する蛍光体を利用しな
い従来の構成に比べて、約１.１２倍の輝度を得ること
ができる。

【０１２７】

【表２】

【０１２８】（実施例２）本実施例における液晶表示装
置の構成は、図３と同様である。本実施例は、実施例１
と比較して、ガラス基板９の厚みのみが異なる点以外は
同様である。

【０１２９】実施例１における液晶表示装置組立て工程
において、偏光板４を貼り付ける前に、ガラス基板９を
研磨することにより、その厚みを０.３mm とする。それ
以外の工程は、実施例１と同様である。

【０１３０】ガラス基板９の厚みを薄くすること、すな
わち液晶層６と蛍光体カラーフィルタ１１の距離を縮め
ることにより光クロストークの生じない液晶表示装置を
得ることができる。ガラス基板９の厚みを０.３mm とす
ることにより、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１３１】（実施例３）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図５に示す。本実施例は、実施例１と比
較して、ガラス基板９及び偏光板４Ｂに替えて、ハイブ
リッド基板２０を用いる点以外は同様である。

【０１３２】ハイブリッド基板２０は、一対の超薄板基
板１９Ａ，１９Ｂとこれら基板に挟持される偏光板４Ｂ
からなる。超薄板基板及び偏光板の厚みは、それぞれ５
０μｍ，０.２mm である。すなわちハイブリッド基板の
厚みは０.３mm となる。

【０１３３】ハイブリッド基板２０を用いることによ
り、液晶表示装置の軽量化が可能となると同時に、実施
例２と同様に、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１３４】（実施例４）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図６に示す。また、図７に電極平面図を
示す。これら図中では液晶表示装置の１画素に対応する
部分のみ示しており、図７のＡ−Ａ′における断面が図
６である。液晶表示素子は、表示部が対角３０インチサ
イズＷＸＧＡ（５０ppi 相当）のＩＰＳ方式の液晶テレ
ビである。

【０１３５】本実施例では、実施例１と比較して、表示
方式が異なり、そのための電極配置に関係する製造プロ
セスが異なる以外は基本的に同様の製造プロセスであ
る。

【０１３６】まず、厚さ０.５mm の第１のガラス基板５
上に走査配線１７と共通電極１６を形成する。次に窒化
シリコンＳｉＮｘなどの絶縁膜１３が形成され、その上
に信号配線１２，画素電極１４が形成される。これら電
極材料には、クロムモリブデンＣｒＭｏを用いている。
また、信号配線や走査配線の材料には電気抵抗の低いも
のであれば特に問題はなく、アルミニウムや銅などでも
よい。これら電極の上にさらに絶縁膜１３を形成する。
なお、マトリクス状に形成された走査配線１７と信号配
線１２の交点付近にスイッチング素子であるＴＦＴ１８
が配置され、これらマトリクス状に形成される各配線に
囲まれた領域に対応して画素が形成されている。画素電
極１４は、このＴＦＴ１８を介して信号配線１２に接続
されている。ＴＦＴとしてはアモルファスシリコンによ
り形成されたものでもよいし、また、ポリシリコンによ
り形成されたものでもよい。本実施例ではＴＦＴとして
アモルファスシリコンによる層構成を記述したが、ポリ
シリコンにおいては配線及び絶縁膜の層配置などが多少
異なる。しかし、その違いは本発明の効果に対しては特
に問題とはならない。なお、ここではＴＦＴが形成され
た第１のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶことにする。

【０１３７】一方、厚みが０.５mm である薄板ガラス基
板である第２の基板９には、特に電極群を形成する必要
なない。なお、この基板９を対向基板と呼ぶことにす
る。

【０１３８】このようにして作製するＴＦＴ基板と、対
向基板の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミ
ド配向膜１５を形成する。一般にポリイミド膜は、その
前駆体であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで
塗布し、これらを高温で焼成することにより形成され
る。ここで形成されたポリイミド配向膜１５の表面をラ
ビング処理することにより配向処理を施す。

【０１３９】次に、これらＴＦＴ基板と対向基板のう
ち、一方の基板の表示領域周縁部にシール材を塗布し、
もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シール材
は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口が形
成されるように塗布する。シール材に紫外線を照射しな
がら加圧し、両基板を接着固定する。シール材としては
熱硬化型の材料を用い、加熱しながら加圧し、両基板を
接着固定してもよい。

【０１４０】基板間には直径４マイクロメートルの高分
子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるように
なっている。その後、封入口から真空封入法により液晶
を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹脂な
どで封止する。

【０１４１】組合せた基板の裏面に第１の偏光板４Ａと
第２の偏光板４Ｂをノーマリークローズ特性（低電圧で
黒表示，高電圧で白表示）となるようにクロスニコル配
置で貼り付ける。

【０１４２】一方、基板１０上にはフォトリソ法により
蛍光体カラーフィルタ１１を形成する。カラーフィルタ
のベース材であるアクリル樹脂に顔料及び、顔料と同じ
色を発光する蛍光体を分散する。本実施例では各色のフ
ィルタにそれぞれ赤色蛍光体Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺及びＹ₂
Ｏ₃：Ｅｕ³⁺ 、緑色蛍光体Ｙ₂ＳｉＯ₆：Ｃｅ，Ｔｂ³⁺及
びＬａＯ₄：Ｃｅ³⁺，Ｔｂ³⁺ 、青色蛍光体Ｃａ₂Ｂ₅Ｏ₉
Ｃｌ：Ｅｕ²⁺ 及びＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺を混ぜ
込む。蛍光体を含むカラーレジストコートを基板１０表
面に塗布し、露光現像の工程を３回繰り返すことにより
ストライプ状の３色ＲＧＢ蛍光体カラーフィルタを形成
する。なお、ここでは蛍光体カラーフィルタを形成した
基板をカラーフィルタ基板と称することにする。

【０１４３】そして、このカラーフィルタ基板を、上記
組立て基板の第２の偏光板４Ｂ側に貼り付けて液晶表示
素子を組立てる。この液晶表示素子に、光源１，反射板
２，導光層３からなるバックライトユニットを組合せる
ことにより液晶表示装置を組立てた。

【０１４４】次に、光利用効率を図６と表３を用いて説
明する。表３は各部材での透過率及び各部材透過後の光
強度の変化をまとめたものである。

【０１４５】光源には図１７に示すスペクトルを有する
蛍光管を利用している。光源より出射する光は赤色（６
５０ｎｍ近傍），緑色(５５０ｎｍ近傍），青色(４５０
ｎｍ近傍）及び紫外光（２５４ｎｍ近傍，３１０ｎｍ近
傍，３６５ｎｍ近傍）がある。表２の出射光量は、各光
強度を足し合わせた強度を１とし、各光の強度比により
振り分けている。

【０１４６】光源１より出射した赤緑青色及び紫外光の
各光は反射板２，導光層３によりほぼ全て液晶層方向に
導かれる。赤緑青の各光は第１の偏光板４Ａを透過し、
ほぼ４５％程度の強度となり、直線偏光に変換される。
また、紫外光はほぼ３３％程度の強度となり、直線偏光
に変換される。

【０１４７】次にこれら直線偏光は第１のガラス基板５
を透過する。第１のガラス基板５上には液晶を駆動する
ための画素電極１４及びこれらに電圧を供給する配線や
スイッチング素子などが形成されており、これら電極群
には非透過な金属材料が用いられているために光が透過
できる面積は一部である。なお、本実施例では液晶の表
示モードとしてＩＰＳ方式を用いているために、光の透
過できる面積の比率（開口率）はほぼ５０％である。Ｉ
ＰＳ方式では、画素電極や共通電極に金属材料を用いて
いるためにＴＮ方式に比べ開口率は小さくなる。

【０１４８】ＴＦＴ基板を透過した直線偏光はさらに液
晶層に入射される。本実施例では液晶層の厚みを４.０
μｍとし、Δｎｄが０.２８で、緑色の光（５５０ｎ
ｍ）の透過率が最大になるように設計している。しか
し、液晶を駆動するための電界によりすべての液晶分子
が理想的に回転するわけではなく、実際の緑色の光につ
いてはほぼ７５％程度の透過率である。さらに、上記
（式８）に示したように、透過率は入射光の波長によっ
て大きく異なる。例えば、赤色の光（６５０ｎｍ）では
ほぼ７１％、青色の光（４５０ｎｍ）ではほぼ６３％、
紫外光においてはほぼ４２％の透過率となる。

【０１４９】各直線偏光はこの液晶層を透過する間にそ
の複屈折性により楕円偏光に変換され、薄板ガラス基板
である第２のガラス基板９に入射し、その後第２の偏光
板４Ｂより偏光板の透過軸方向に一致する光のみ出射
し、蛍光体カラーフィルタ１１に入射する。第２の偏光
板４Ｂでは、偏光板自身での光吸収があるため、その透
過率は赤緑青色の各光では９０％、紫外光では６６％で
ある。

【０１５０】蛍光体カラーフィルタは、顔料とともにフ
ィルタと同じ色を発光する上記蛍光体を含んでいる。例
えば緑のカラーフィルタに入射した緑の光はカラーフィ
ルタでほとんど吸収されることなく透過し、紫外光は中
に含まれる蛍光体により緑光に変換されて透過する。紫
外光は蛍光体により２６％の発光効率で、可視光に変換
される。蛍光体からの光は全方位に発光する散乱光であ
り、その一部のみ観測者側に光が導かれる。上記発光効
率にはその点も考慮している。

【０１５１】さらに、これら蛍光体により変換された可
視光、及び光源からの可視光はカラーフィルタを透過す
る。

【０１５２】表３において、出射光量は入射光量に各部
材の透過率（蛍光体については発光効率）をすべて掛け
た値である。出射光量の和は、観測者の認識する同色の
色においての光量を足した値である。そして、各色の出
射量の平均値が光利用率平均値となる。

【０１５３】本構成では、光利用率は３.２４％であ
り、後述する（比較例２）で実施する蛍光体を利用しな
い従来の構成に比べて、約１.０８倍の輝度を得ること
ができる。

【０１５４】

【表３】

【０１５５】（実施例５）本実施例における液晶表示装
置の構成は、図６と同様である。本実施例は、実施例４
と比較して、ガラス基板９の厚みのみが異なる点以外は
同様である。

【０１５６】実施例４における液晶表示装置組立て工程
において、偏光板４を貼り付ける前に、ガラス基板９を
研磨することにより、その厚みを０.３mm とする。それ
以外の工程は、実施例４と同様である。

【０１５７】ガラス基板９の厚みを薄くすること、すな
わち液晶層６と蛍光体カラーフィルタ１１の距離を縮め
ることにより光クロストークの生じない液晶表示装置を
得ることができる。ガラス基板９の厚みを０.３mm とす
ることにより、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１５８】（実施例６）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図８に示す。本実施例は、実施例４と比
較して、ガラス基板９及び偏光板４Ｂに替えて、ハイブ
リッド基板２０を用いる点以外は同様である。

【０１５９】ハイブリッド基板２０は、一対の超薄板基
板１９Ａ，１９Ｂとこれら基板に挟持される偏光板４Ｂ
からなる。超薄板基板及び偏光板の厚みは、それぞれ５
０μｍ，０.２mm である。すなわちハイブリッド基板の
厚みは０.３mmとなる。

【０１６０】ハイブリッド基板２０を用いることによ
り、液晶表示装置の軽量化が可能となると同時に、実施
例５と同様に、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１６１】（実施例７）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図９に示す。液晶表示装置は、表示部が
対角３０インチサイズＷＸＧＡ（５０ppi 相当）のＴＮ
方式の液晶テレビである。

【０１６２】本実施例は、実施例１と比較して蛍光体カ
ラーフィルタの配置場所が異なる点以外は同様である。
蛍光体カラーフィルタ１１は液晶層６に対して光源１側
に配置する。この配置では、蛍光体を励起する光（主に
は紫外線）を即座に可視光に変換する。これにより、紫
外線などの蛍光体励起光を吸収しやすい偏光板や液晶層
を透過させることが不要なため、高輝度化が期待でき
る。

【０１６３】表４は、本実施例における各部材での透過
率及びそれによる透過後の光強度の変化をまとめたもの
である。本構成では、光利用率は６.８６％であり、後
述する（比較例１）で実施する蛍光体を利用しない従来
の構成に比べて、約１.２５倍の輝度を得ることができ
る。また、蛍光体カラーフィルタを光源側（背面）に配
置することで、実施例１にくらべ光利用率を向上するこ
とができる。

【０１６４】

【表４】

【０１６５】（実施例８）本実施例における液晶表示装
置の構成は、図９と同様である。本実施例は、実施例７
と比較して、ガラス基板５の厚みのみが異なる点以外は
同様である。

【０１６６】実施例７における液晶表示装置組立て工程
において、偏光板４を貼り付ける前に、ガラス基板５を
研磨することにより、その厚みを０.３mm とする。それ
以外の工程は、実施例７と同様である。

【０１６７】ガラス基板５の厚みを薄くすること、すな
わち液晶層６と蛍光体カラーフィルタ１１の距離を縮め
ることにより光クロストークの生じない液晶表示装置を
得ることができる。ガラス基板５の厚みを０.３mm とす
ることにより、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１６８】（実施例９）本実施例における液晶表示装
置の断面構成を図１０に示す。本実施例は、実施例７と
比較して、ガラス基板５及び偏光板４Ａに替えて、ハイ
ブリッド基板２０を用いる点以外は同様である。

【０１６９】ハイブリッド基板２０は、一対の超薄板基
板１９Ａ，１９Ｂとこれら基板に挟持される偏光板４Ａ
からなる。超薄板基板及び偏光板の厚みは、それぞれ５
０μｍ，０.２mm である。すなわちハイブリッド基板の
厚みは０.３mm となる。

【０１７０】ハイブリッド基板２０を用いることによ
り、液晶表示装置の軽量化が可能となると同時に、実施
例２と同様に、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１７１】（実施例１０）本実施例における液晶表示
装置の断面構成を図１１に示す。液晶表示装置は、表示
部が対角３０インチサイズＷＸＧＡ（５０ppi 相当）の
ＩＰＳ方式の液晶テレビである。

【０１７２】本実施例は、実施例４と比較して蛍光体カ
ラーフィルタの配置場所が異なる点以外は同様である。
蛍光体カラーフィルタ１１は液晶層６に対して光源１側
に配置する。この配置では、蛍光体を励起する光（主に
は紫外線）を即座に可視光に変換する。これにより、紫
外線などの蛍光体励起光を吸収しやすい偏光板や液晶層
を透過させることが不要なため、高輝度化が期待でき
る。

【０１７３】表５は、本実施例における各部材での透過
率及びそれによる透過後の光強度の変化をまとめたもの
である。本構成では、光利用率は３.６６％であり、後
述する（比較例２）で実施する蛍光体を利用しない従来
の構成に比べて、約１.２２倍の輝度を得ることができ
る。また、蛍光体カラーフィルタを光源側（背面）に配
置することで、実施例４にくらべ光利用率を向上するこ
とができる。

【０１７４】

【表５】

【０１７５】（実施例１１）本実施例における液晶表示
装置の構成は、図１１と同様である。本実施例は、実施
例１０と比較して、ガラス基板５の厚みのみが異なる点
以外は同様である。

【０１７６】実施例１０における液晶表示装置組立て工
程において、偏光板４を貼り付ける前に、ガラス基板５
を研磨することにより、その厚みを０.３mm とする。そ
れ以外の工程は、実施例１０と同様である。

【０１７７】ガラス基板５の厚みを薄くすること、すな
わち液晶層６と蛍光体カラーフィルタ１１の距離を縮め
ることにより光クロストークの生じない液晶表示装置を
得ることができる。ガラス基板５の厚みを０.３mm とす
ることにより、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１７８】（実施例１２）本実施例における液晶表示
装置の断面構成を図１２に示す。本実施例は、実施例１
０と比較して、ガラス基板５及び偏光板４Ａに替えて、
ハイブリッド基板２０を用いる点以外は同様である。

【０１７９】ハイブリッド基板２０は、一対の超薄板基
板１９Ａ，１９Ｂとこれら基板に挟持される偏光板４Ａ
からなる。超薄板基板及び偏光板の厚みは、それぞれ５
０μｍ，０.２mm である。すなわちハイブリッド基板の
厚みは０.３mm となる。

【０１８０】ハイブリッド基板２０を用いることによ
り、液晶表示装置の軽量化が可能となると同時に、実施
例２と同様に、５０ppi という精細度において、高コン
トラストを達成できる。

【０１８１】（実施例１３）本実施例における液晶表示
装置の断面構成を図１３に示す。本実施例は、実施例１
２に比較し、電極群を形成する基板が異なる点以外は同
様である。実施例１２において、ＴＦＴを含む電極群は
ハイブリッド基板２０上に形成されている。一方、本実
施例では電極群はハイブリッド基板２０の対向に配置す
る基板９上に形成される。これは以下の理由による。

【０１８２】蛍光体カラーフィルタを本実施例のように
光源側（背面）に配置する場合、液晶層と光源の間に配
置する基板の厚みは、光クロストークの関係から制限さ
れる。しかし、その対向に配置される基板９の厚みは特
に制限されることはない。すなわち、厚みを制限されな
い基板側にＴＦＴなどを含む電極群を形成する方が、製
造プロセス上容易であり、製造コストを低減できる。

【０１８３】一方、これら電極群を観測者側に形成する
ことによる不具合も生じる。形成される電極群は反射率
の高い金属で形成されるために、外光からの反射により
コントラスト低下を引き起こす。これを回避するため
に、本実施例において、配線の形成される部位で、配線
と基板との間に光吸収層を設けてもよい。また、金属電
極で形成されている画素電極及び共通電極が反射率の低
いＩＴＯなどの透明導電膜で形成されてもよい。

【０１８４】（実施例１４）本実施例では、実施例１０
において、光源の光強度比のみを変えている点以外は同
様である。本構成では蛍光体を含むカラーフィルタが光
源側に配置される構造であり、各部材の透過率を用い
（式１８）の各光強度の係数を算出すると、α_R＝０.１
３，α_G＝０.１２，α_B＝０.０９５，α_UV＝(α_R＋α_G
＋α_B)β＝０.０９０となる。これらを比較すると、α_R
＞α_G＞α_B＞α_UVとなる。

【０１８５】従って、従来の光源に対し、係数の最も大
きな赤色光の強度を大きくし、その分、紫外光の強度を
小さくする。

【０１８６】表６は各部材での透過率及びそれによる透
過後の光強度の変化をまとめたものである。本実施例に
おいて、光利用効率は３.７０％であり、後述する（比
較例２）で実施する蛍光体を利用しない従来の構成に比
べて、約１.２３倍の輝度を得ることができる。また、
光源の強度比を変えることにより実施例１０に比べ輝度
を向上することができる。

【０１８７】

【表６】

【０１８８】（比較例１）本比較例における液晶表示装
置の断面構成を図１に示す。なお、電極平面構造は、図
４に示す電極構造と同様である。液晶表示素子は、表示
部が対角３０インチサイズであり、従来のカラーフィル
タを用いるＴＮ方式の液晶表示装置である。

【０１８９】まず、第１のガラス基板５にＴＦＴを含む
電極群を形成する。電極形成のプロセスは実施例１と同
様であり、これらＴＦＴを含む電極群の形成された第１
のガラス基板５をＴＦＴ基板と呼ぶことにする。一方、
液晶層を挟んでＴＦＴ基板に対向する第２のガラス基板
９上にはフォトリソ法により３色ＲＧＢのカラーフィル
タ８（８Ａ：赤色カラーフィルタ，８Ｂ：緑色カラーフ
ィルタ，８Ｃ：青色カラーフィルタ）を形成する。さら
に、その上にＩＴＯで形成される共通電極が形成され
る。

【０１９０】このようにして作製するＴＦＴ基板となる
第１のガラス基板５と、対向基板となる第２のガラス基
板９の表面に、液晶分子を配向させるためのポリイミド
配向膜を形成する。一般にポリイミド膜は、その前駆体
であるポリアミック酸を基板表面に印刷機などで塗布
し、これらを高温で焼成することにより形成される。こ
こで形成されたポリイミド配向膜の表面をラビング処理
することにより配向処理を施す。

【０１９１】次に、これらＴＦＴ基板となる第１のガラ
ス基板５と対向基板となる第２のガラス基板９のうち、
一方の基板の表示領域周縁部に熱硬化型のシール材を塗
布し、もう一方の対向基板を重ね合わせる。なお、シー
ル材は、後に液晶素子内に液晶を注入するための封入口
が形成されるように塗布する。基板を加熱しながら加圧
し、両基板を接着固定する。

【０１９２】基板間には直径４マイクロメートルの高分
子ビーズが分散され、基板間の間隔を保持できるように
なっている。その後、封入口から真空封入法により液晶
を液晶表示素子内に注入し、封入口を紫外線硬化樹脂な
どで封止する。

【０１９３】組合せた各基板に偏光板４（４Ａ，４Ｂ）
をノーマリークローズ特性（低電圧で黒表示，高電圧で
白表示）となるようにクロスニコル配置で貼り付け、液
晶表示素子を組立てる。

【０１９４】その後、たとえば蛍光管のような光源１，
反射板２，導光層３から成るバックライトユニットを組
合せることにより液晶表示装置を組立てた。

【０１９５】表７に本比較例での各部材の透過率及び液
晶表示装置の透過率をまとめた。このようにして得られ
た液晶表示装置の透過率は５.５１％である。

【０１９６】

【表７】

【０１９７】（比較例２）本比較例は、表示方式はＩＰ
Ｓ方式であり、それに伴う電極群配置が異なる以外は比
較例１と同様である。電極平面構造は、図７に示す電極
構造と同様である。

【０１９８】表８に本比較例での各部材の透過率及び液
晶表示装置の透過率をまとめた。このようにして得られ
る液晶表示装置の透過率は３.００％である。

【０１９９】

【表８】

【０２００】

【発明の効果】本発明により、低消費電力，高輝度，高
精細，高コントラストを達成できる表示性能に優れた液
晶表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の液晶表示装置の断面構造を説明するため
の図。

【図２】本発明における液晶表示装置の断面構造を説明
するための図。

【図３】実施例１における液晶表示装置の断面構造を説
明するための図。

【図４】実施例１における液晶表示装置の画素内電極構
造を説明するための図。

【図５】実施例３における液晶表示装置の断面構造を説
明するための図。

【図６】実施例４における液晶表示装置の断面構造を説
明するための図。

【図７】実施例４における液晶表示装置の画素内電極構
造を説明するための図。

【図８】実施例６における液晶表示装置の断面構造を説
明するための図。

【図９】実施例７における液晶表示装置の断面構造を説
明するための図。

【図１０】実施例９における液晶表示装置の断面構造を
説明するための図。

【図１１】実施例１０における液晶表示装置の断面構造
を説明するための図。

【図１２】実施例１２における液晶表示装置の断面構造
を説明するための図。

【図１３】実施例１３における液晶表示装置の断面構造
を説明するための図。

【図１４】基板厚みと画素幅（精細度）との関係を説明
するための図。

【図１５】ＩＰＳ方式におけるΔｎｄと透過率を説明す
るための図。

【図１６】ＴＮ方式におけるΔｎｄと透過率を説明する
ための図。

【図１７】液晶表示装置の光源における発光スペクトル
の一例。

【符号の説明】

１…光源、２…反射板、３…導光層、４（４Ａ，４Ｂ）
…偏光板、５…第１のガラス基板、６…液晶層、７…ブ
ラックマトリクス、８…カラーフィルタ（８Ａ：赤色カ
ラーフィルタ,８Ｂ：緑色カラーフィルタ,８Ｃ：青色カ
ラーフィルタ）、９…第２のガラス基板、１０…基板、
１１…蛍光体カラーフィルタ（１１Ａ：赤色カラーフィ
ルタ，１１Ｂ：緑色カラーフィルタ，１１Ｃ：青色カラ
ーフィルタ）、１２…信号配線、１３…絶縁膜、１４…
画素電極、１５…配向膜、１６…共通電極、１７…走査
配線、１８…薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、１９（１９
Ａ，１９Ｂ）…超薄板基板、２０…ハイブリッド基板、
２１…電界。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者檜山郁夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者近藤克己茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者椎木正敏東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2H048 BA47 BA64 BB02 BB04 BB42 2H049 BA02 BB66 BC22 2H091 FA02X FA43X FB13 FD04 FD14 FD24 GA16 GA17 HA05 LA03 LA11 LA12 LA13 LA15 LA18 5C094 AA06 AA07 AA08 BA43 CA19 CA24 EB02 ED03 JA09 JA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の基板と、該一対の基板間に
挟持された液晶の層と、該液晶の層を挟持する一対の基
板の外側に配置された偏光板と、カラーフィルタと、光
源とを有し、画素毎に前記液晶の配向方向を制御して表
示を行う液晶表示装置において、前記カラーフィルタは、前記偏光板より外側に配置さ
れ、かつ、各画素に対応する部分毎に蛍光体を含んで構
成されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】各画素に対応する部分毎に含まれる前記蛍
光体は、各画素毎において、前記カラーフィルタを透過
可能な波長領域内の波長を有する光を発光することを特
徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記カラーフィルタは、各画素に対応する
部分毎に、１種の蛍光体のみを含んで構成されることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装
置。
【請求項４】前記カラーフィルタは、各画素に対応する
部分毎に、１種の蛍光体のみを含んで構成され、該蛍光
体は、４００ｎｍ未満の光により励起発光し、かつ、４
００ｎｍ以上の光によっても励起発光することを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記カラーフィルタは、各画素に対応する
部分毎に、組成の異なる少なくとも２種類以上の蛍光体
を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記カラーフィルタは、各画素に対応する
部分毎に、励起波長の異なる少なくとも２種類以上の蛍
光体を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は
請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記蛍光体は、３価のユーロピウムイオン
を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれ
か一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記蛍光体は、２価のユーロピウムイオン
を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれ
か一項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記蛍光体は、２価のマンガンイオンを含
むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一
項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】前記蛍光体は、３価のテルビウムイオン
を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれ
か一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記蛍光体は、硫化亜鉛を含むことを特
徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の
液晶表示装置。
【請求項１２】前記液晶層を挟持する一対の基板のう
ち、カラーフィルタが配置される側の基板は、もう一方
の基板より薄いことを特徴とする請求項１から請求項１
１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記液晶層を挟持する一対の基板のう
ち、カラーフィルタが配置される側の基板は、厚みが画
素短辺方向幅の√２倍以下の薄板基板であることを特徴
とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の
液晶表示装置。
【請求項１４】前記液晶層を挟持する一対の基板のう
ち、カラーフィルタが配置される側の基板は、厚みが
０.５mm 以下の薄板基板であることを特徴とする請求項
１から請求項１２のいずれか一項に記載の液晶表示装
置。
【請求項１５】前記薄板基板は、一対の超薄板ガラス
と、該超薄板ガラスに挟持された光透過可能な光透過性
樹脂層とから成ることを特徴とする請求項１３又は請求
項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】前記超薄板ガラス基板は、厚みが前記薄
板基板の厚みの半分未満であることを特徴とする請求項
１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】前記超薄板ガラス基板は、厚みが０.２m
m 以下であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶
表示装置。
【請求項１８】前記光透過性の樹脂層は、光学部材であ
ることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれ
か一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】前記光透過性の樹脂層は、偏光機能を有
することを特徴とする請求項１５から請求項１７のいず
れか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】前記蛍光体を含むカラーフィルタは、前
記液晶層を挟持する前記一対の基板を挟んで、前記光源
と逆の側に配置されていることを特徴とする請求項１か
ら請求項１９のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】前記蛍光体を含むカラーフィルタは、前
記液晶層と前記光源との間に配置されていることを特徴
とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の
液晶表示装置。
【請求項２２】前記一対の基板は、対向する面にそれぞ
れ電極群を具備することを特徴とする請求項１から請求
項２１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】前記電極群は、画素内に形成される液晶
を駆動するための画素電極と共通電極が、それぞれ異な
る基板上に形成される構成を有することを特徴とする請
求項２２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
み電極群が形成されていることを特徴とする請求項１か
ら請求項２１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
み電極群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成さ
れる基板側に配置されることを特徴とする請求項２０に
記載の液晶表示装置。
【請求項２６】前記一対の基板のうち、一方の基板にの
み電極群が形成され、前記光源は、前記電極群の形成さ
れない基板側に配置されることを特徴とする請求項２１
に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】前記電極群は、液晶を駆動するための櫛
歯形状の共通電極及び画素電極が、画素内でそれぞれが
勘合するよう構成されていることを特徴とする請求項２
４から請求項２６のいずれか一項に記載の液晶表示装
置。
【請求項２８】前記電極群は、画素内に形成される液晶
を駆動するための共通電極及び画素電極の一方がベタ板
状に形成され、もう一方の電極が櫛歯状に形成され、か
つ、該櫛歯状電極が該ベタ板状電極上に絶縁膜を介して
重畳する構成を有することを特徴とする請求項２４から
請求項２６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】前記画素電極及び共通電極のうち、少な
くとも一方の電極は、透明導電膜で形成されていること
を特徴とする請求項２３又は請求項２７、又は請求項２
８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項３０】前記光源は、１フレーム期間内に間欠的
に点灯することを特徴とする請求項１から請求項２９の
いずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項３１】前記蛍光体は、残光時間が前記光源の残
光時間以下であることを特徴とする請求項３０に記載の
液晶表示装置。
【請求項３２】前記光源は、観測光強度Ｉ′と、光源か
ら出射される赤色光強度Ｉ_R ，緑色光強度Ｉ_G ，青色光
強度Ｉ_B ，紫外光強度Ｉ_UVと、偏光板，液晶層，カラー
フィルタでの赤色光透過率α_R ，緑色光透過率α_G ，青
色光透過率α_B ，紫外光透過率α_UVと、蛍光体発光効率
βとが（式１）を満たし、かつ、（式１）において、最
も大きい係数を有する光の強度が大きく、最も小さい係
数を有する光の強度が小さい構成であることを特徴とす
る請求項２０に記載の液晶表示装置。【数１】Ｉ′＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋３α_UVβＩ_UV …（式１）
【請求項３３】前記光源は、観測光強度Ｉ′と、光源か
ら出射される赤色光強度Ｉ_R ，緑色光強度Ｉ_G ，青色光
強度Ｉ_B ，紫外光強度Ｉ_UVと、偏光板，液晶層，カラー
フィルタでの赤色光透過率α_R ，緑色光透過率α_G ，青
色光透過率α_B ，紫外光透過率α_UVと、蛍光体発光効率
βとが（式２）を満たし、かつ、（式２）において、最
も大きい係数を有する光の強度が大きく、最も小さい係
数を有する光の強度が小さい構成であることを特徴とす
る請求項２１に記載の液晶表示装置。【数２】Ｉ′＝α_RＩ_R＋α_GＩ_G＋α_BＩ_B＋（α_R＋α_G＋α_B）βＩ_UV …（式２）